JPWO2017221909A1 - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

ノイズの影響を回避して物体までの距離を高精度に測定する。発信手段（１２）と、物体に反射した信号を受信する受信手段（１５）と、受信手段の出力する受信信号が閾値を超えている時と超えていない時とを識別するデジタル信号を出力する受信信号検出手段（１９）と、信号の前記物体を経由した発信手段から受信手段までの伝搬時間に基づき物体までの距離を算出する信号処理手段（１０）とを備え、受信信号検出手段に１つ又は高低差のある複数の閾値（Ｔｈ１，２，・・・）が設定され、信号処理手段に１つ又は遠近差のある複数の基準距離（Ｄ１，２，・・・）が設定され、信号処理手段は、閾値ごとに算出した距離が所定の基準距離より遠いとの条件が成立する場合にその距離を有効値とし、成立しない場合はその距離を無効値とする。より低い閾値に、より遠い基準距離を適用する。

Description

本発明は、物体までの距離を測定する距離測定装置に関する。

近年、例えば自動車や警備ロボットなどの移動体における衝突防止の目的で、移動体が進む範囲にある障害物を近傍から遠方まで精度良く検知したいという要望がますます強くなっている。
また、監視カメラ等で行っている監視用途においても、より多種の物体を検知したいという要望が強くなっている。
一方で、このような物体の検知方法として、電波を発信して反射波を検出する電波式レーダーが提案されているが、解像度の観点から遠方の物体の位置を精度良く把握するのは難しいという課題がある。
これに対し、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を採用したレーザーレーダーも既に開発されている。
ＴＯＦ方式とは、レーザー光をパルス発光させること等により発信した信号が、物体に当たって戻ってくるまでの伝搬時間（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）を測ることにより、当該物体までの距離を測定するものである。特許文献１，２にも記載されるようにＴＯＦ方式の距離測定装置にあっては、所定の信号強度の閾値に受信波が交差するタイミング信号に基づき、出射したパルス波が反射して戻ってきた際の受信タイミングを算出する。
特許文献１，２に記載の発明にあっては、距離測定を高精度化するために、高低差のある複数の閾値を用いる。高低差のある複数の閾値で検出すれば、多くの情報に基づき受信タイミングを演算することができ、距離測定の高精度化を図ることができる。

特開平９−２３６６６１号公報 特開２０１３−３３０２４号公報

しかしながら、ＴＯＦ方式を採用した距離測定装置は、物体にレーザー光を照射した際に発生する微弱な反射光を検出するため、特に遠距離にある低輝度（低反射率）の物体を検出可能にするために閾値を低く設定するから、装置内部のレンズ、ミラー等の光学部品や機械部品での散乱光等による内部ノイズを検出してしまうという内部ノイズ誤検出の問題がある。内部ノイズを信号として誤検出している場合は、本来検出したい物体があっても、その物体により反射された信号を検出できなくなり、物体が無い場合は物体が無いにもかかわらず、距離測定値を出力してしまうという結果となる。
また、近距離に存在する物体により反射された信号と内部ノイズとの受信期間が重なるときには、受信信号が立ち上がり時に閾値と交差するタイミング信号と、受信信号が立ち下がり時に閾値と交差するタイミング信号とが一対で得られることもあるが、内部ノイズの影響により測定誤差が生じるという問題がある。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、ノイズの影響を回避して物体までの距離を高精度に測定することができる距離測定装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、信号を発信する発信手段と、
前記発信手段が発信し物体に反射した前記信号を受信してその受信強度に応じた受信信号を出力する受信手段と、
前記受信手段の出力する受信信号が、所定の信号強度の閾値を超えている時と、超えていない時とを識別するデジタル信号を出力する受信信号検出手段と、
前記発信手段による前記信号の発信を制御するとともにその発信タイミングを基準に計時を開始し、前記検出手段が出力するデジタル信号に基づき前記信号を前記受信手段が受信した受信タイミングを算出し、当該受信タイミングを基準に計時を終了することで得られる前記信号の前記物体を経由した前記発信手段から前記受信手段までの伝搬時間に基づき前記物体までの距離を算出する信号処理手段と、を備え、
前記信号処理手段は、伝搬時間又は距離である距離等につき、算出した距離等が所定の基準距離等より長いとの条件が成立する場合にその距離等を有効値とし、当該条件が成立しない場合はその距離等を無効値とする距離測定装置である。

請求項２記載の発明は、前記受信信号検出手段に高低差のある複数の前記閾値が設定され、
前記信号処理手段は、
比較的高い閾値に基づき距離等が算出できた場合において、当該比較的高い閾値に基づき算出した距離等が所定の基準距離等より長いとの条件が成立しない場合は前記信号の伝搬経路上の窓材に汚れが付着しているおそれを報知する窓汚れ報知信号を出力する請求項１に記載の距離測定装置である。

請求項３記載の発明は、前記受信信号検出手段に高低差のある複数の前記閾値が設定され、前記信号処理手段に長短差のある複数の基準距離等が設定され、
前記信号処理手段は、
比較的低い閾値に基づき算出した距離等が比較的長い基準距離等より長いとの条件が成立する場合にその距離等を有効値とし、当該条件が成立しない場合はその距離等を無効値とし、
比較的高い閾値に基づき算出した距離等が比較的短い基準距離等より長いとの条件が成立する場合にその距離等を有効値とし、当該条件が成立しない場合はその距離等を無効値とする請求項１に記載の距離測定装置である。

請求項４記載の発明は、前記信号処理手段は、前記比較的高い閾値に基づき距離等が算出できた場合において、当該比較的高い閾値に基づき算出した距離等が比較的短い基準距離等より長いとの条件が成立しない場合は前記信号の伝搬経路上の窓材に汚れが付着しているおそれを報知する窓汚れ報知信号を出力する請求項３に記載の距離測定装置である。

請求項５記載の発明は、前記受信信号検出手段として複数のコンパレーターを有する請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の距離測定装置である。

請求項６記載の発明は、前記信号処理手段は、前記受信信号検出手段の前記閾値を変更設定可能とされた請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の距離測定装置である。

本発明によれば、所定の基準距離等までの距離等を無効値とするので、近距離の物体として誤検出され得る態様のノイズ（主に内部ノイズ）の影響を回避して物体までの距離を高精度に測定することができる。所定の近距離を無効化することで閾値を低くしてもノイズを拾いにくいから、低い閾値を用いて遠距離や低輝度の物体までの距離を高精度に測定することができる。
また、受信タイミングを算出するために複数の閾値を設ける場合は、より低い閾値に対してより長い基準距離等を設けることで、近距離の物体として誤検出され得るノイズの影響を、より精巧に回避することができるとともに、複数の閾値を適宜に選択又は組み合わせて用いることで近距離から遠距離、高輝度から低輝度の物体までの距離を高精度に測定することができる。

本発明の一実施形態に係る距離測定装置のブロック図である。 本発明の他の一実施形態に係る距離測定装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る距離測定装置において受信する一例の受信信号の波形図である。 本発明の一実施形態に係る距離測定装置において検出する一例の検出信号の波形図である。 本発明の一実施形態に係る距離測定装置において検出する一例の検出信号の波形図である。 本発明の一実施形態に係る距離測定装置において受信する一例の受信信号の波形図である。 本発明の一実施形態に係る距離測定装置において検出する一例の検出信号の波形図である。 本発明の一実施形態に係る距離測定装置における処理を示すフローチャートである。 比較例の受信信号の波形図である。 比較例の受信信号の波形図である。 本発明の一実施形態において距離を有効とする範囲を実線で示すチャートである。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

本実施形態の距離測定装置１Ａ，１Ｂは、図１又は図２に示す構成要素を備えて構成される。図１はコンパレーターを単数有する構成のブロック図、図２はコンパレーターを複数有する構成のブロック図である。コンパレーターの数以外は共通である。
図１又は図２に示すように本実施形態の距離測定装置１Ａ，１Ｂは、信号処理手段１０と、駆動回路１１と、発光素子１２と、光学部品１３と、窓材１４と、受光素子１５と、ＩＶ変換回路１６と、増幅回路１７と、ハイパスフィルター１８と、コンパレーター１９と、ＤＡコンバーター２０とを備える。

発光素子１２は発信手段の要部を構成する。本実施形態では発光素子１２としてレーザーダイオードが適用される。信号処理手段１０の制御に従い駆動回路１１が発光素子１２に駆動電流を印加し、発光素子１２がパルス発光して信号を発信する。発光素子１２が発信した信号は、レンズ、走査ミラー等の光学部品１３さらに窓材１４を介して外部に出射される。但し、発信されたレーザー光の一部は、光学部品１３、窓材１４で散乱光となり外部に出射されず、内部ノイズとして受光素子１５に入ってくるものもあり得る。

受光素子１５は受信手段の要部を構成する。本実施形態では受光素子１５としてアバランシェ・フォト・ダイオードが適用される。
受光素子１５は、発光素子１２が発信し物体に反射した信号を受信してその受信強度に応じた受信信号を出力する。受光素子１５が出力する受信信号は、ＩＶ変換回路１６で電圧信号に変換され、増幅回路１７で増幅され、ハイパスフィルター１８を通って、コンパレーター１９に入力される。ハイパスフィルター１８は信号の周波数より低周波の外乱を除去する。

図３Ａ及び図４Ａに受信信号の一例が示される。信号Ｓ１は、比較的高輝度の物体に反射した信号の受信信号である。信号Ｓ２は、比較的低輝度の物体に反射した信号の受信信号である。信号Ｓ３は、比較的近距離にある物体に反射した信号の理想信号Ｒ１と、近距離の物体として誤検出され得るノイズＮ１とが一体に繋がった受信信号である。近距離の物体として誤検出され得るノイズＮ１は、主に上述した散乱光による内部ノイズに原因する。
コンパレーター１９は受信信号検出手段を構成する。コンパレーター１９は２つのチャンネルを有し、図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂに示すように一方のチェンネル（略号ｃｈ１）に比較的高い閾値Ｈが設定され、他方のチャンネル（略号ｃｈ２）に比較的低い閾値Ｌが設定されている。信号処理手段１０は閾値Ｈ，Ｌを、ＤＡコンバーター２０を介して変更設定可能である。閾値Ｌは、ランダムに載る太陽光ノイズ・電源ノイズ、発光直後のレーザノイズ等より大きなレベルになる値に設定する。例えば、５００ｍＶである。閾値Ｈは、上述した散乱光による内部ノイズより大きく、閾値Ｌより高い値に設定する。また、ノイズＮ１は、窓材１４に汚れが付着していると高まるので、これを検出できるように閾値Ｈを設定する。例えば、２５００ｍＶである。
コンパレーター１９のｃｈ１は、図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂに示すように閾値Ｈを超えている時と、超えていない時とを識別するデジタル信号Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈを出力する。コンパレーター１９のｃｈ２は、図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂに示すように閾値Ｌを超えている時と、超えていない時とを識別するデジタル信号Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌを出力する。

信号処理手段１０としては、ＦＰＧＡ（英: field-programmable gate array）などの集積回路が適用される。本実施形態ではＦＰＧＡとする。
以下に本実施形態の距離測定装置１Ａ，１Ｂにおける処理につき図５のフローチャートを参照して説明する。

まず、信号処理手段１０は、駆動回路１１に制御信号を出力し、発光素子１２をレーザー発光させて信号を発信させ、当該信号の発信タイミングを基準に計時を開始する（ステップＰ１）。発光素子１２が発信した信号は、レンズ、走査ミラー等の光学部品１３さらに窓材１４を介して外部に出射される。
受光素子１５は、発光素子１２が発信し物体に反射した信号を受信してその受信強度に応じた受信信号を出力する（ステップＰ２）。
受光素子１５が出力する受信信号が、ＩＶ変換回路１６、増幅回路１７、ハイパスフィルター１８を介してコンパレーター１９に入力される（ステップＰ３）。

コンパレーター１９のｃｈ１は、入力された受信信号が閾値Ｈを超えていない時（ステップＰ４でＮＯ）、検知せず（ステップＰ５，図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂの縦軸で「０」）、超えている時（ステップＰ４でＹＥＳ）、一定範囲の電圧レベルの変換し（ステップＰ６，図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂの縦軸で「１」を示すレベルに変換）、以上によるデジタル信号（Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ）を信号処理手段１０に入力する。
コンパレーター１９のｃｈ２は、入力された受信信号が閾値Ｌを超えていない時（ステップＰ７でＮＯ）、検知せず（ステップＰ８，図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂの縦軸で「０」）、超えている時（ステップＰ７でＹＥＳ）、一定範囲の電圧レベルの変換し（ステップＰ９，図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂの縦軸で「１」を示すレベルに変換）、以上によるデジタル信号（Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌ）を信号処理手段１０に入力する。

信号処理手段１０ではコンピュータープログラムが実行されることにより以下の処理が実行される。
ステップＰ１０において信号処理手段１０は、閾値Ｈで生成されたデジタル信号（Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ）に基づき、受光素子１５が信号を受信した受信タイミングを算出する。さらに信号処理手段１０は、当該受信タイミングを基準に計時を終了することで得られる信号の物体を経由した発光素子１２から受光素子１５までの伝搬時間に基づき物体までの距離を算出する。信号Ｓ１Ｈに基づき算出した受信タイミングを「Ｓ１Ｈｇ」と表記する。同様に信号Ｓ２Ｈに基づき算出した受信タイミングを「Ｓ２Ｈｇ」、信号Ｓ３Ｈに基づき算出した受信タイミングを「Ｓ３Ｈｇ」と表記する。なお、図３Ｃの場合、信号Ｓ２Ｈは閾値Ｈを超えないので受信タイミングＳ２Ｈｇは存在しない。
また、ステップＰ１０において信号処理手段１０は、閾値Ｌで生成されたデジタル信号（Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌ）に基づき、受光素子１５が信号を受信した受信タイミングを算出する。さらに信号処理手段１０は、当該受信タイミングを基準に計時を終了することで得られる信号の物体を経由した発光素子１２から受光素子１５までの伝搬時間に基づき物体までの距離を算出する。信号Ｓ１Ｌに基づき算出した受信タイミングを「Ｓ１Ｌｇ」と表記する。同様に信号Ｓ２Ｌに基づき算出した受信タイミングを「Ｓ２Ｌｇ」、信号Ｓ３Ｌに基づき算出した受信タイミングを「Ｓ３Ｌｇ」と表記する。
本実施形態のステップＰ１０においては、受信信号が立ち上がり時に閾値と交差するタイミングと、受信信号が立ち下がり時に閾値と交差するタイミングとの中間点（平均値）を受信タイミングとする算出方法に従う。
図３Ａ−図３Ｃ，図４Ａ，図４Ｂにおいて、横軸の原点「０」は計時開始タイミングで、原点「０」から各受信タイミングまでの時間が、計時開始（発信）から受信までにかかった時間に相当するとともに、これを反射した物体までの距離に変換することができる。

信号処理手段１０は、閾値Ｈで生成されたデジタル信号（Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ）に基づき算出した距離が第一の基準距離Ｄ１より遠いとの条件が成立する場合（ステップＰ１１でＹＥＳ）にその距離を有効値とする（ステップＰ１３）。当該条件が成立しない場合（ステップＰ１１でＮＯ）はその距離を無効値とする（ステップＰ１２）。また、ステップＰ１１でＮＯの場合は、窓材１４に汚れが付着しているおそれを報知する窓汚れ報知信号を出力する（ステップＰ１２）。

信号処理手段１０は、閾値Ｌで生成されたデジタル信号（Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌ）に基づき算出した距離が第一の基準距離Ｄ１より遠いとの条件が成立する場合（ステップＰ１４でＹＥＳ）に、ステップＰ１６に処理を移行する。
信号処理手段１０は、閾値Ｌで生成されたデジタル信号（Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌ）に基づき算出した距離が第二の基準距離Ｄ２より遠いとの条件が成立する場合（ステップＰ１６でＹＥＳ）にその距離を有効値とする（ステップＰ１８）。以上のステップＰ１４で及びステップＰ１６でＮＯの場合、その距離を無効値とする（ステップＰ１５，Ｐ１７）。判断処理がステップＰ１３及びステップＰ１８の少なくともいずれか一方又は双方に至った場合、以下に説明するように有効値に基づき測定距離を出力する。

ここで、閾値の設定数、基準距離の有無、設定数についての各態様につき、その技術的効果の相違を説明する。要点を表１にまとめた。

まず、図６，図７に示す比較例１につき説明する。
比較例１は、閾値を１つ設定し、基準距離を設定しない構成である。
このような条件の比較例１にあっては、図６に示すように閾値ＴｈをノイズＮ１より高く設定せざるを得ない。そのため、ノイズＮ１と同程度までの信号強度にしかならない遠距離にある低輝度の物体から信号Ｓ２は検出されず、同物体までの距離測定は行えない。遠距離にある高輝度の物体からの信号Ｓ１は検出でき、同物体までの距離測定は行える。
しかし、１つの閾値Ｔｈに基づく少ない情報により受信タイミングを算出するため、距離測定の精度は良くない。
また、図７に示すように比較的近距離にある物体に反射した信号の理想信号Ｒ１は、ノイズＮ１と一体に連続してしまい、実際には信号Ｓ３が受信される。この場合、比較例１にあっては、閾値Ｔｈで生成したデジタル信号に基づく受信タイミングＳ３ｇは、理想信号Ｒ１の真の受信タイミングＲ１ｇより早まってしまい、距離測定に狂いを生じさせる。
また、比較例１では、窓汚れを判断する基準を持てない。

比較例２は、閾値を複数設定し、基準距離を設定しない構成である。
このような条件の比較例２にあっては、比較例１と同様に、ノイズＮ１と同程度までの信号強度にしかならない遠距離にある低輝度の物体からの信号Ｓ２を、ノイズＮ１と分別して検出することはできず、その結果、同物体までの距離測定を行えない。
比較例２にあっては、遠距離にある高輝度の物体に関しては、多くの情報に基づき受信タイミングを演算することができ、距離測定の高精度化を図ることができる。
比較例２にあっては、比較的高い閾値に基づく情報を用いることで真の受信タイミングＲ１ｇに近い受信タイミングＳ３ｇを算出できる可能性はあるが、理想信号Ｒ１とノイズＮ１との重なり具合、大きさの相対性により許容できない誤差が生じる可能性があるとともに、許容できるか否かを判断する基準を明確にすることが難しい。
また、比較例２では、窓汚れを判断する基準を持てない。

本発明例１は、閾値を複数設定し、基準距離を１つ設定する構成である。これは、上述した第一の基準距離Ｄ１のみを設定した構成に相当し、図５のフローチャートにおいてステップＰ１６，Ｐ１７を省き、ステップＰ１４のＹＥＳをステップＰ１８に繋いだ処理を実行する構成に相当する。
このような本発明例１にあっては、遠距離にある低輝度の物体に関しては、少なくとも一つの比較的低い閾値Ｌで検出信号は得られ、第一の基準距離Ｄ１でノイズＮ１と分別し、第一の基準距離Ｄ１より遠い場合に同閾値Ｌでの算出距離を有効値とするから、距離測定を行うことができる。検出信号が１つの閾値でしか得られなかった場合は、その閾値で生成したデジタル信号に基づく距離（ステップＰ１４の判断に用いた距離）を測定距離として出力する。
本発明例１にあっては、遠距離にある高輝度の物体に関しては、多くの情報に基づき受信タイミングを演算することができ、距離測定の高精度化を図ることができる。
本発明例１にあっては、受信タイミングＳ３Ｌｇに対応する距離が第一の基準距離Ｄ１より遠いとの条件が成立すれば、この距離を有効値とする。本発明例１にあっては、受信タイミングＳ３Ｈｇに対応する距離が第一の基準距離Ｄ１より遠いとの条件が成立すれば、この距離を有効値とする。すべての有効値に基づき測定距離を算出し出力する場合、受信タイミングＳ３Ｌｇに対応する距離に誤差が多く含まれるときには、最終的に出力する測定距離に許容できない誤差が生じる可能性があるとともに、許容できるか否かを判断する基準を明確にすることが難しい。
本発明例１では、窓汚れを判断できる（ステップＰ１２）。

本発明例２は、閾値を複数設定し、基準距離を複数設定する構成である。これは、上述した第一の基準距離Ｄ１、第二の基準距離Ｄ２を設定した構成に相当し、図５のフローチャートに従う処理を実行する構成に相当する。
このような本発明例２にあっては、遠距離にある低輝度の物体に関しては、少なくとも一つの比較的低い閾値Ｌで検出信号は得られ、第二の基準距離Ｄ２でノイズＮ１と分別し、第二の基準距離Ｄ２より遠い場合に同閾値Ｌでの算出距離を有効値とするから、距離測定を行うことができる。検出信号が１つの閾値でしか得られなかった場合は、その閾値で生成したデジタル信号に基づく距離（ステップＰ１４，Ｐ１６の判断に用いた距離）を測定距離として出力する。
本発明例２にあっては、遠距離にある高輝度の物体に関しては、多くの情報に基づき受信タイミングを演算することができ、距離測定の高精度化を図ることができる。
本発明例２にあっては、受信タイミングＳ３Ｌｇに対応する距離が第二の基準距離Ｄ２より遠いとの条件が成立すれば、この距離を有効値とする。本発明例２にあっては、受信タイミングＳ３Ｈｇに対応する距離が第一の基準距離Ｄ１より遠いとの条件が成立すれば、この距離を有効値とする。すべての有効値に基づき測定距離を算出し出力する場合でも、図４Ａ，図４Ｂに示すように受信タイミングＳ３Ｌｇに対応する距離は第二の基準距離Ｄ２より遠くないので無効値とされ、最終的に出力する測定距離に影響せず、受信タイミングＳ３Ｈｇに対応する距離を有効値として扱う。検出信号が１つの閾値でしか得られなかった場合は、その閾値で生成したデジタル信号に基づく距離（ステップＰ１１の判断に用いた距離）を測定距離として出力する。
本発明例１では、窓汚れを判断できる（ステップＰ１２）。

以上のように本実施形態の距離測定装置１Ａ，１Ｂによれば、各閾値で生成したデジタル信号に基づき算出した各距離につき、所定の基準距離Ｄ１までの距離を無効値とするので、近距離の物体として誤検出され得る態様のノイズＮ１の影響を回避して物体までの距離を高精度に測定することができる。所定の近距離を無効化することで閾値を低くしても近距離ノイズを拾いにくいから、低い閾値を用いて遠距離や低輝度の物体までの距離を高精度に測定することができる。

また、受信タイミングを算出するために複数の閾値を設ける本実施形態の距離測定装置１Ａ，１Ｂによれば、より低い閾値に対してより遠い基準距離を設けることで、近距離の物体として誤検出され得るノイズの影響を、より精巧に回避することができるとともに、複数の閾値を適宜に選択又は組み合わせて用いることで近距離から遠距離、高輝度から低輝度の物体までの距離を高精度に測定することができる。
以上の実施形態においては説明の簡単のため２つの閾値Ｈ，Ｌ及び２つの基準距離Ｄ１，Ｄ２のみを示したが、閾値及び基準距離のそれぞれを３以上に増やして多段的に、より精巧に有効値、無効値の判断を行ってよい。その場合、図８に示すように、閾値Ｔｈ１に基づき算出される距離は基準距離Ｄ１より右に延びる実線範囲にある時これを有効とし、閾値Ｔｈ２に基づき算出される距離は基準距離Ｄ２より右に延びる実線範囲にある時これを有効とし、閾値Ｔｈ３に基づき算出される距離は基準距離Ｄ３より右に延びる実線範囲にある時これを有効とし、・・・といった要領で実施する（Ｔｈ１＞Ｔｈ２＞Ｔｈ３＞Ｔｈ４＞Ｔｈ５・・・，Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４＜Ｄ５・・・）。さらに基準距離が共通である複数の閾値を設けることで、得られる有効値を増加させることにより距離測定の高精度化を図ってもよい。多数の閾値が必要になる場合、図２の距離測定装置１Ｂのように複数のコンパレーターを実装し、各コンパレーターに異なる閾値を設定することで実現できる。
なお、複数の有効値が得られた場合は、そのうち最も高い閾値によるものを選択するなどの選択、各有効値を重みづけして組み合わせるなどの組み合わせ、さらには複数を選択してそれらを組み合わせることによって、測定距離の高精度化を図ることができるが、その算出方式は特に限定されるものではない。

以上の実施形態においては、各閾値で生成したデジタル信号に基づき算出した距離につき、有効値、無効値の判断を行った後、距離の有効値に基づき測定距離を算出したが、各閾値で生成したデジタル信号に基づき算出した伝搬時間につき、有効値、無効値の判断を行った後、伝搬時間の有効値に基づき測定距離を算出してもよい。すなわち、最終的に測定距離を算出するにしても、途中のどの段階で伝搬距離から距離に変換するステップを入れるかは任意であり、本発明の本質に拘わることではない。

本発明は、距離測定装置に利用することができる。

１Ａ，１Ｂ 距離測定装置
１０ 信号処理手段
１１ 駆動回路
１２ 発光素子
１３ 光学部品
１４ 窓材
１５ 受光素子
１６ ＩＶ変換回路
１７ 増幅回路
１８ ハイパスフィルター
１９ コンパレーター
２０ ＤＡコンバーター
Ｄ１‐Ｄ５ 基準距離
Ｈ 閾値
Ｌ 閾値
Ｎ１ ノイズ
Ｒ１ 理想信号
Ｒ１ｇ 受信タイミング
Ｓ１ 受信信号
Ｓ２ 受信信号
Ｓ３ 受信信号
Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ デジタル信号（検出信号）
Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌ デジタル信号（検出信号）
Ｓ１Ｈｇ 受信タイミング
Ｓ１Ｌｇ 受信タイミング
Ｓ２Ｌｇ 受信タイミング
Ｓ３Ｈｇ 受信タイミング
Ｓ３Ｌｇ 受信タイミング
Ｔｈ 閾値
Ｓ３ｇ 受信タイミング

Claims (6)

1. 信号を発信する発信手段と、
   前記発信手段が発信し物体に反射した前記信号を受信してその受信強度に応じた受信信号を出力する受信手段と、
   前記受信手段の出力する受信信号が、所定の信号強度の閾値を超えている時と、超えていない時とを識別するデジタル信号を出力する受信信号検出手段と、
   前記発信手段による前記信号の発信を制御するとともにその発信タイミングを基準に計時を開始し、前記検出手段が出力するデジタル信号に基づき前記信号を前記受信手段が受信した受信タイミングを算出し、当該受信タイミングを基準に計時を終了することで得られる前記信号の前記物体を経由した前記発信手段から前記受信手段までの伝搬時間に基づき前記物体までの距離を算出する信号処理手段と、を備え、
   前記信号処理手段は、伝搬時間又は距離である距離等につき、算出した距離等が所定の基準距離等より長いとの条件が成立する場合にその距離等を有効値とし、当該条件が成立しない場合はその距離等を無効値とする距離測定装置。
2. 前記受信信号検出手段に高低差のある複数の前記閾値が設定され、
   前記信号処理手段は、
   比較的高い閾値に基づき距離等が算出できた場合において、当該比較的高い閾値に基づき算出した距離等が所定の基準距離等より長いとの条件が成立しない場合は前記信号の伝搬経路上の窓材に汚れが付着しているおそれを報知する窓汚れ報知信号を出力する請求項１に記載の距離測定装置。
3. 前記受信信号検出手段に高低差のある複数の前記閾値が設定され、前記信号処理手段に長短差のある複数の基準距離等が設定され、
   前記信号処理手段は、
   比較的低い閾値に基づき算出した距離等が比較的長い基準距離等より長いとの条件が成立する場合にその距離等を有効値とし、当該条件が成立しない場合はその距離等を無効値とし、
   比較的高い閾値に基づき算出した距離等が比較的短い基準距離等より長いとの条件が成立する場合にその距離等を有効値とし、当該条件が成立しない場合はその距離等を無効値とする請求項１に記載の距離測定装置。
4. 前記信号処理手段は、前記比較的高い閾値に基づき距離等が算出できた場合において、当該比較的高い閾値に基づき算出した距離等が比較的短い基準距離等より長いとの条件が成立しない場合は前記信号の伝搬経路上の窓材に汚れが付着しているおそれを報知する窓汚れ報知信号を出力する請求項３に記載の距離測定装置。
5. 前記受信信号検出手段として複数のコンパレーターを有する請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の距離測定装置。
6. 前記信号処理手段は、前記受信信号検出手段の前記閾値を変更設定可能とされた請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の距離測定装置。

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